CC BY
5810. Modern means of measurement, used in the examination of industrial safety of technical devices at hazardous production facilities. FedosovA.V.,Fedo-sovV.A., SHajmuhametov EH.F. Electrical and information systems and systems. 2016. T. 12. № 1. C. 117123.
11. Risk management, system analysis and modeling. FedosovA.V.,Barahnina V.B. Tutorial. UGNTU Publishing House. Ufa, 2016. 47 c.
12. Gaisina L.M., Belonozhko M.L, Maier V.V., Abdrakhmanov N. Kh, Sultanova E.A. Deliberate reorganization of the system of social relations in oil and gas companies in the period of changes in economics // Espacios, 2017, Vol. 38 (N° 48). Available from: http://www.revis-
taespacios.com/a17v38n48/a17v38n48p12.pdf
13. GOST R 54500.3-2011/Manual ISO/IEC 983:2008. Uncertainty of measurement. Part 3. Guidance on the expression of measurement uncertainty. - Intro-duced01.10.2012. - M.: Standardinform, 2012. - 152 c.
14. GOSTISO/IEC 17025-2009 General requirements for the competence of testing and calibration laboratories. - Introduced 01.01.2012. - M.: Standardinform, 2012. - 34 c.
15. Safety Guide «Methodological basis for conducting hazard analysis and risk assessment of accidents at hazardous production fatilities»:approved by order of the Federal Service for Ecology, Technological and Nuclear Supervision from 11.04.2016 r. № 144.
16. Hazard analysis, risk assessment for accidents at hazardous facilities and recommendations for choosing risk analysis methods. FedosovA.V., Mannanova G.R., SHipilova YU.A. Electronic scientific journal Oil and gas business. 2016. № 3. C. 322-336.
17. Abdrakhmanov N. Kh., Vadulina N. V., Fedosov A.V., Ryamova S.M., Gaysin E. Sh. A New Approach for a Special Assessment of the Working Conditions at the Production Factors' Impact Through Forecasting the Occupational Risks // Man in India, 2017, Volume : No.97 Issue No. : 20, pp. 495-511
ORIENTED STRAND BOARDS USING A BINDER BASED ON LIQUID GLASS
Shibaeva G.
Candidate of Technical Sciences, professor, department of construction,
Khakass Technical Institute, Abakan Glushkova R.
Student of the department of construction, Khakass Technical Institute, Abakan
ОРИЕНТИРОВАННО-СТРУЖЕЧНЫЕ ПЛИТЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СВЯЗУЮЩЕГО
НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО СТЕКЛА
Шибаева Г.Н.
Кандидат технических наук, профессор кафедры строительство, Хакасский Технический Институт, Абакан
Глушкова Р.Р.
Студент кафедры строительство, Хакасский Технический Институт, Абакан
Abstract
The article suggests the parameters of a binder based on modified liquid glass.
Fillers and hardeners have been found that transfer liquid glass to a water insoluble state. The possibility of using affordable and cheap raw materials is shown. Аннотация
В статье предложены параметры связующего вещества на основе модифицированного жидкого стекла. Найдены наполнители и отвердители , переводящие жидкое стекло в водонерастворимое состояние. Показана возможность использования доступного и дешевого сырья.
Keywords: lignin hydrolised, oriented strand board, filler, hardeners, liquid glass.
Ключевые слова: лигнин гидролизный, ориентированно-стружечная плита, наполнитель, отверди-тели, жидкое стекло.
ВВЕДЕНИЕ
Распространенным связующим веществом в России для Ориентированно-стружечных плит (ОСП, англ. oriented strand board, OSB), являются карбамидоформальдегидные смолы (КФС)[1, с. 5].
В последние годы резко повысились требования к санитарно-гигиеническим характеристикам, в связи с новыми данными по воздействию формальдегида на организм человека. Связано это с тем, что при использовании ориентированно-стружечных плит в жилых помещениях под влиянием
тепла и влаги, происходит гидролитическое разрушение карбамидоформальдегидного полимера, приводящее к выделению вредных токсичных веществ, главным образом, формальдегида. В связи с этим возникла необходимость применения новых видов экологически более безопасных связующих. [1, с. 5] Одним из перспективных связующих, сравнительно близких по стоимости к аналогам является жидкое стекло (ЖС).
Однако ЖС, остается водорастворимым до достаточно высоких температур, что обуславливает низкую водостойкость плитных материалов, при
этом они имеют достаточно высокую плотность. Все это сдерживает применение ЖС в чистом виде для изготовления ОСП. Для возможности использования ЖС, необходимо изыскать соответствующие наполнители . В качестве наполнителя можно использовать гидролизный лигнин, представляющий собой отход гидролизного производства. Выбор лигнина в качестве добавки обусловлен рядом причин: во-первых, он применяется в промышленности для повышения прочности и гидрофобности жидкостекольных смесей; во-вторых, кислая среда лигнина (рН 3 -4) может положительно повлиять на образование водонерастворимых веществ в результате снижения содержания щелочи, а в третьих гидролизный лигнин является доступным и дешевым сырьем [2, с. 20].
Известно, что повышение модуля жидкого стекла приводит к накоплению нерастворимых веществ. С этой целью нагревали смесь жидкого стекла и лигнина при температурах 180...260°С.
Эксперимент показал , что содержание водорастворимых веществ уменьшается с увеличением температуры, причем особенно резко при температуре более 220°С. При этом значительное количество лигнина впитывается древесиной, не вступая во взаимодействие с жидким стеклом . Поэтому
Исследуемые (факторы! и
можно предположить, что для углубления отвердения необходимо введение отвердителей непосредственно в жидкое стекло.
Анализ многочисленных данных о применении различных соединений в качестве отвердите-лей ЖС показал, что лишь некоторые из них могут быть использованы при изготовлении ОСП.
Выбор отвердителя осуществляли исходя из их доступности и стоимости. Наиболее подходящим оказался отвердитель К2&2О7, который гидролизу-ясь способствует повышению модуля в результате связывания щелочи вызывают выпадение геля кремневой кислоты.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Для определения оптимальных параметров состава связующего вещества, а также температуры прессования был проведен полный факторный эксперимент. В качестве исследуемых факторов были выбраны: содержание лигнина от массы стружки (Х1), содержание К2СЙО7 от массы ЖС (Х2) и температура прессования (Хз). Исследуемые факторы и уровни их варьирования представлены в табл.1. Использовали раздельное нанесение лигнина и связующего вещества, состоящего из ЖС и К2Сг2О7, на стружку. Содержание ЖС составило 25% от массы стружки.
Таблица 1
Нижний Основной Верхний
Факторы уровень уровень уровень
(-) (0) (+)
Содержание ЛС, % 6 9 12
Содержание К2СГ О7, % 1 3 5
Температура прессования, °С 180 200 220
В качестве исследуемых показателей физико-механических свойств плит были выбраны прочность при статическом изгибе и набухание за 24 часа. Матрица планирования полного факторного эксперимента кодовой записи и результаты испытаний плит приведены в табл. 2.
Матрица планирования и результаты
По данным табл.2 используя формулы для ортогональных планов были получены следующие уравнения регрессии:
Ус=27,5+0,3 • Х1+0,7 • Х2 -0,9 • Хз+1,2 • Х12+0,3 • Х2з+1,3 • Х1з+0,2 • Х123 (1) УЛ$=34,8+0,8 • Х1- 6,4 • Х2-4,2 • Х3-1,3 • Х12+8,1 • Х23 - 0,6 • Х1з+2,3 - Х123 (2)
Таблица 2
ггов полного факторного эксперимента
Xi Х2 Хз р, кг/м3 с изг, МПа As, %
А S А S
- + + 890 24,6 6,3 30,6 4,8
- - + 890 25,4 2,8 29,4 8,2
- + - 890 28,8 3,3 27,4 6,1
- - - 890 30,0 6,7 48,9 7,1
+ + + 910 30,6 5,1 33,9 3,2
+ - + 890 25,8 5,3 28,6 3,8
+ + - 890 28,7 4,2 21,7 2,4
+ - - 890 26,1 3,0 58,2 15,4
Проверка значимости коэффициентов уравнения регрессии (1)
по критерию Стьюдента: |ЪЛ > 8Ъ • I, где 8Ъ =0,76, г=1,64 при Р=0,80 Таким образом окончательный вид уравнения регрессии для прочности:
Ус =27,5 + 1,3 • Х13 (3)
При проверке адекватности представленного уравнения получено 82ад =3,9, 82восп =4,6, тогда Бр
=0,9.Табличное значение Бр =8,94. Следовательно, полученное уравнение адекватно описывает реально протекающие процессы.
Проверка значимости коэффициентов уравнений регрессии (2) по критерию Стьюдента:
|ЪЛ > 8Ъ • г, где 8Ъ =0,89, г=1,64 при Р=0,80 Таким образом, окончательный вид уравнения регрессии для разбухания:
УД8 = 34,8 - 6,4 • Х2 -4,2 • Хз+ 8,1 • Х2з+2,3 Х12з(4)
При проверке адекватности представленного уравнения получено S2ад =6,5, S2восп =6,3, тогда Fр =1,0.Табличное значение Fр =9,28. Следовательно, полученное уравнение адекватно описывает реально протекающие процессы.
Анализ полученных уравнений показывает, что прочность плит не зависит от совместного влияния температуры прессования и содержания лигнина. Согласно уравнению регрессии набухание плит уменьшается с увеличением содержания К2Сг207 и при повышении температуры прессования.
На набухание плит оказывает влияние парное взаимодействие содержания К2Сг207 и температуры прессования.
Таким образом, образец плиты, полученный с применением 12% ЛС, 5% К2СЙО7 и 25% ЖС, при температуре прессования 180°С имеют при плотности 890кг/м3 прочность при изгибе 28,7МПа, набухание - 21,7%. Использование К2СЙО7 позволило снизить температуру прессования с 220°С до 180°С. Причем данные образцы имеют показатели по прочности и водостойкости, удовлетворяющие требованиям стандарта [3, с. 2].
ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОСТАВА ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАННО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ (ОСП)
Сырье и материалы:
- Стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13079-81 [4, с. 2];
- К2СЙО7 (дихромат калия) по ГОСТ 4220-75[5,с. 1];
- Отвалы технического гидролизного лигнина. Стекло натриевое жидкое по ГОСТ 13079-81
[4, с. 1] приготавливается безавтоклавным растворением кусков и гранул силиката натрия в теплой воде (60 -70 °С). Силикат натрия в воде подвергается гидролизу с участием углекислого газа [2, с. 46]:
Na2SiOз+2H2O+CO2=SiO2*2H2O+Na2COз Выделяющийся гель кремниевой кислоты обладает вяжущими свойствами, а водный раствор имеет щелочную реакцию.
Приготавливая лигнин его сначала высушивают ,а затем фракционируют. Сушка производится в барабанных сушилках.
Лигнин высушивается до 5-7%. Более полно высушиваются мелкие частицы. Чтобы знать выход необходимой фракции, производят гранулометрический анализ просеиванием высушенной до постоянной массы средней пробы через стандартный набор сит. Для лигнина Усть-Абаканского гидролизного завода (Республика Хакасия ) характерен следующий гранулометрический состав (таблица3) [2, с. 47].
Таблица 3
Гранулометрический состав лигнина
Размер отверстий сит,мм Частный остаток на ситах, % Полный остаток на ситах ,%
5,0 2,7 2,7
2,5 10,3 13,0
1,25 27,0 40,0
0,63 17,6 57,6
0,315 9,8 72,4
0,14 20,1 95,5
пыль 7,5 100,0
После отсева среднедисперсной фракции ее собирают в накопительном бункере с защищенными от коррозии внутренними поверхностями стенок . Так как лигнин является продуктом переработки древесины ,то ее макроскопическое строение сохраняется в частицах ,т.е. они имеют высокопористое строение (пористость до 85%),но не набухают от влаги воздуха . Это позволяет считать объем частиц, собранных в накопительном бункере постоянным ,и не корректировать количество массы, поступающей в дозатор [2, с. 47].
Следующим этапом загружаем в смеситель 12% лигнина , 5% К2&207 , 25% ЖС и 58% древесной стружки , готовая смесь прессуется при температуре 180°С. После прессования плиты обрезаются по формату ,а отходы от форматной резки можно направить вновь в производство [2, с. 47].
Выводы
Таким образом разработанная нами композиция не содержит синтетических смол. А так же показана возможность в применении доступного и дешевого отхода гидролизного лигнина, содержащего
необходимые свойства для отвердения жидкого стекла.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Вьюнков С. Н. Технология древесных плит с использованием связующего на основе жидкого стекла: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия, Санкт-Петербург, 1999.-104 с.
2. Шибаева Г.Н., Ибе Е.Е. Отделочные и изоляционные строительные материалы на основе местного сырья РХ: монография / ХТИ - филиал СФУ. - Абакан : Хакасское книжное издательство, 2016. - 100 с.
3. ГОСТ 10632-89. Плиты древесностружечные. Технические условия.
4. ГОСТ 13078-81. Стекло натриевое жидкое. Технические условия.
5. ГОСТ 4220-75. Калий двухромовокислый. Технические условия.
